专利名称：谐振滤波直接定位式平衡仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器或结构部件的静态或动态平衡的测试装置，特别是一种谐振滤波直接定位式平衡仪。
背景技术：
现有技术中的平衡仪包括有相干检波坐标分解乘法器，其根据复数平面矢量测量法的原理，将所测量的物体分为两个校正面，每个面分别进行坐标分解，即在平面上将不平衡量分解为X分量和Y分量，在平衡的过程中往往随着测量物体的进一步平衡，X分量和Y分量逐渐减小。该电路的不足之处在于当两个分量较小时就会失去角分辨率，即两分量之间的夹角变小了，此时再也无法进一步平衡了，这样将带来平衡的精度低；其次，在进行平衡的过程中需要对平衡进行补偿，此时引入一概念叫分离比，即在一个校正面上的校正平衡时，在其中一个面上进行分量补偿时，该补偿量与此补偿量对另一个面的影响量之比，分离比越大，则影响量越�。狈掷氡任耷畲笫保罾硐胱刺钟屑际醯募觳獾缏返牧礁鲂Ｕ嫔细饔辛礁龇至浚腋昧椒至恐洳淮怪薄⒉欢猿疲较蛐晕蟛睿佣贾掠跋炝朔掷氩钩バЧ狗掷氡缺湫�。
发明构成本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种平衡精度高、分离补偿效果好、分离比高的谐振滤波直接定位式平衡仪。
本发明的目的可以通过以下途径来实现谐振滤波直接定位式平衡仪，其结构要点在于，包括传感器、谐振滤波电路、幅值检波电路和相位检测电路，传感器的信号输出端与谐振滤波电路电连接，而幅值检波电路和相位检测电路分别与谐振滤波电路的信号输出端电连接。
谐振滤波电路用以测量转动物体振动时产生的谐波，然后通过幅值检波电路对该谐波进行幅值检测，并通过相位检测电路对该谐波进行相角检测。首先，本发明不再采用坐标分解法，而是采用将校正面上的不平衡量用幅值和相角来计量，由于幅值和相位都是各自独立的实数，可以分别处理，幅值的大小不再会影响相位的检测，从而达到完全的分离，使分离比达到无穷大；其次通过采用谐振滤波电路可以提高波形的真实度，从而提高测量电路的精度。
本发明所提出的技术方案主要是基于以下论证理论第一条要达到无误差测量。设初始不平衡量为U1，测得为U，有相位误差Δθ和幅值误差ΔU1。按U1校平衡，则U2为一次校正的剩余不平衡量。如图一所示，根据三角形边长定理，U22=U12+(U1+ΔU1)2-2U1(U1+ΔU1)COSΔθ,]]>可以导出(U2U1)2=4(1+ΔU1U1)Sin2Δθ2+(ΔU1U1)2]]>令幅值误差以δ表示，为δ=ΔU1U1<<1,]]>则剩余率为ϵ=U2U1=Sin2Δθ+δ2.]]>在无线电技术中谐振放大器ω的传输系数K=K011+jQ(ωω0-ω0ω),]]>其中ω0是谐振频率，ω是信号频率。对于ω0附近可取ω=ω0(1+Δωω0),]]>其中Δωω0<<1,]]>则K=K011+jQ2Δω0ω0.]]>失谐相移为Δθ，tgΔθ=Q2Δωω0,]]>幅降δ=12(Q2Δωω0)2,]]>当Δθ不很大时tgΔθ＝Δθ。δ=12(Δθ)2]]>是高阶小，所以如果ε＝SinΔθ＝Δθ＝0，则平衡效率为η＝1-ε＝100％。采用保相措施，使Δθ＝0，就可实现无差测量。由于本发明采用了相位检测电路，其直接针对相位进行测量，所以可以达到相位误差Δθ＝0。
理论第二条要充分满足精度要求，由于谐振滤波电路不同于相干检波电路，其可以多级连用，使检测精度可无限提高，从而满足精度要求。
理论第三点要达到完全分离。在本发明中，采用了幅值和相位两测量参数，由于幅值和相位是各自独立的实数，可以分别处理，对准相位进行补偿的调整，可以达到完全的分离。
谐振滤波电路还可以进一步具体为谐振滤波电路可以为复数个谐振滤波电路电连接而形成的多级谐振滤波电路。
由于在对振动谐波进行处理时，谐振滤波电路的级数越多，其检测到的波形的精度也就越高，其达到平衡的精度也相应更高。
谐振滤波电路的滤波特性要象高频LC谐振电路一样，而品质因数Q值要保持均匀，这样就可以保持谐振滤波电路良好的选频能力，从而保持只对一个频率的选定。也就是说，谐振的Q值不随着电路中的电阻或电抗值而改变。详细见中国专利ZL86101843.5，名称为《均Q调谐RC谐振放大器》。如图2所示，K0=Q2(1+R1R2),]]>Q=C1C2·R1R2R1+R2.]]>统调R1＝R2，则Q=12C1C2]]>为一常数，不受统调误差的影响。两级联用可用双联电位器分别调R1和R2，使K0在频段中心最大，两端对称微降，Q值的变化也是均匀对称的。在fmax＝λfmin的频段两端最小值为Qmin=Q02λ1+λ,]]>当λ＝2时，Qmin＝0.943Q。而根据图3所示的谐振滤波电路，Q=C1C2·C1C2C1+C2,]]>K0=Q2C1+CC1C2,]]>它适用于开关电容同步跟踪。虽然C不能连续调节，其元件参数误差也不产生影响，仅需校正到相移为零。
幅值检波电路还可以进一步具体为幅值检波电路可以是二极管检波电路，还可以是超线性检波电路。
超线性检波电路包括有两级线性运放电路，两运放电路进行反馈电连接。
在这里，第一级运放的输出通过负向二极管完成正半周的反馈同时输给第二级运放的负输入端，而第一级运放的负半周通过正向二极管完成反馈同时输给第二级运放的正输入端，这样输出的波形就是两个半周波形的同向接续。
相位检测电路还可以进一步具体为相位检测电路可以是一种超低频数字相位计，其包括相连接的比相计和多级低通滤波器。
由于相位的准确度对于本发明所述的论证很重要，所以对相位计检测的相位值要求很高，采用数字相位计可以使人工读数的误差减小到最低。
当工作频率≥5HZ时，这多级低通滤波器可以是简单的多级RC电路，各节RC值接近或相等，级数越高则阻值越大，但可以插入直流降压电路以扩大前后级电路的阻值比。
多级低通滤波器可以包含至少一级的无漂移低通。其实际上可以是谐振频率比起始工作频率低的二阶谐振放大器。
相位检测电路还可以是一种脉冲触发闪光停相电路。
脉冲触发闪光停相电路是采用闪频停相法来显示校平衡的位置，闪光灯的触发脉冲是测幅正弦波形成的信号方波微分放大形成的。
闪光停相电路为多年前就被舍弃的技术，由于闪光停相法要求电路输入的信号必须为交流量，而现有技术的相干检波输出的量却是直流量，所以即使该电路具有很好的作用却不得不舍弃，但现在本发明的发明人通过将电路进行改造，使之产生相位和幅值两个矢量，也保证了输出量为交流量，从而使原有的闪光停相法得以再应用。
传感器还可以进一步具体为传感器为一种电磁速度式传感器。这样的传感器与软支承或硬支承无关，所以其可以适用于几种相类似的转子，带来了一出乎意料的效果，即可以使设备具有通用的功能。传感器中包括有一可调分离补偿和定标灵敏度的电位器，这样，每一种转子可以专门配置一套调分离补偿和定标灵敏度的电位器，在平衡每一种转子时，将电位器调整好就可以将该电位器直接用于测量这种转子，而无须改变平衡测量的电路和平衡轨道。
本发明还可以通过以下途径来实现谐振滤波电路为双联电位器统调的两级谐振电路的电阻，而相位检测电路为闪频停相检测电路，幅值检测电路则由一积分移相器和同步检波器组成。
上述结构为一种可手动调谐的鉴相调谐指示的平衡仪，具体可参见中国专利ZL86201598，名称为鉴相调谐参差谐振滤波测量电路。
针对双面外悬涡轮或双面外悬转子，可以根据以下理论来进行平衡对远离叶轮的传感器所代表的校正面进行完全彻底的分离和完全彻底的平衡，使其剩余不平衡可视为零，然后再平衡另一面而不管它对前一面的影响，即认为它在前一面上的影响量为虚量，当后一面平衡好了它的影响也就消失了。具体来说，通常远离叶轮的尾端传感器可以实现完全彻底的分离，它可以按校正相位并调定灵敏度，所以称之为A面，而在叶轮的这一面则为B面，如果A面的校正对B面不影响，那么就先把A面彻底平衡好，然后平衡B面，此时A面上已经没有不平衡量，校正B面时在A面出现的是影响虚量，无须理会，只要按B面的指示相位和量进行校正，等把B面校正好了，它在A面的影响量也就随着消失了，也就是说采用单向分离双面进行双面外悬涡轮或双面外悬转子的平衡操作。
本发明所述的谐振滤波直接定位式平衡仪，主要是基于以下指标一次平衡剩余率ε＝SinΔθ≈Δθ，按每1°为0.01745计算，Δθ是测量位置的误差角，测试方法是在偏重点上加10倍左右的试重，Δθ可以校正为零或记录在案，然后于测量数据中扣除。
综上所述，本发明的优点在于采用了多级的谐振滤波电路来提高检测平衡的精度，并且利用了波的幅值和相位为两各自独立的实数的原理，采用了幅值检测电路和相位检测电路来实现平衡检测，这样可以达到很高的分离比，从而实现了平衡检测的无误差、分离补偿效果好，分离比高的效果。
图1所示为本发明所述论证的原理图；图2所示为本发明所述谐振滤波电路示意图；图3所示为本发明所述可同步跟踪的谐振滤波电路示意图；图4所示为本发明所述传感接口与谐振滤波之间的前置电路图；图5所示为本发明所述谐振滤波电路图；图6所示为本发明所述相位检波电路和幅值检波电路图；下面我们结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施例最佳实施例参见图4、图5和图6，谐振滤波直接定位式平衡仪，包括传感器、谐振滤波电路、幅值检波电路和相位检测电路，传感器的信号输出端与谐振滤波电路电连接，而幅值检波电路和相位检测电路分别与谐振滤波电路的信号输出端电连接。图4所示的传感接口与谐振滤波之间的前置电路，其1端和2端分别为转动物质左右传感电路的接口端，而3端则与图5的4端电连接，图5为4级谐振滤波电路，后三级完全相同，都是对称型的带通，该谐振滤波电路的5端则分别与图6的6端和7端电连接，图6的上部为超线形检波器，其输出纹波比相位计频率高一倍，而幅值小一半；下部为一超低频数字相位计，其包括相连接的比相计和多级低通滤波器。
图4为一种双联电位器，为定标解算电路图，两353双运放对左右传感电路传来的信号是对称放大的，输出电压放大3倍，并交叉送到对面运放入端中部的电位器上，当电位器共8级可选端，其耦合系数是 所以补偿量是 也就是2.5。
图5上部为4级谐振滤波电路，其中的第一级谐振ω表达式、Q表达式与后三级完全相同，只是K表达式多了一个积分因子 K0小2Q倍，并且没有零点漂移，这是按硬支承平衡机的要求设计的，如果是软支承，则第一级也应当是与后三级完全相同的电路。图5的9端接的是集成开关，4级谐振电路共8个开关，由下部电路所产生的恒宽窄脉冲正向触发接通，负向切断，因此RC是在恒宽窄脉冲占宽的期间工作的，同步跟踪的频率上限接近自然频率的 当信号频率降低时脉冲数按比例减少，等效RC按比例增大，这就实现了同步跟踪。
图5的下部为由光电头基准信号触发锁相倍频器产生512倍频恒宽窄脉冲的电路，转速为240r/min、1-4HZ时1024倍频应由4040第14脚引出，调4098第三脚的电位器R值，改变脉冲宽度，可以校正各级谐振总相移为零。
本发明未述部分与现有技术相同。
权利要求
1.谐振滤波直接定位式平衡仪，其特征在于，包括传感器、谐振滤波电路、幅值检波电路和相位检测电路，传感器的信号输出端与谐振滤波电路电连接，而幅值检波电路和相位检测电路分别与谐振滤波电路的信号输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的谐振滤波直接定位式平衡仪，其特征在于，谐振滤波电路可以为复数个谐振滤波电路电连接而形成的多级谐振滤波电路。
3.根据权利要求1所述的谐振滤波直接定位式平衡仪，其特征在于，幅值检波电路可以是二极管检波电路，还可以是超线性检波电路。
4.根据权利要求3所述的谐振滤波直接定位式平衡仪，其特征在于，超线性检波电路包括有两级线性运放电路，两运放电路进行反馈电连接。
5.根据权利要求1所述的谐振滤波直接定位式平衡仪，其特征在于，相位检测电路可以是一种超低频数字相位计，其包括相连接的比相计和多级低通滤波器。
6.根据权利要求5所述的谐振滤波直接定位式平衡仪，其特征在于，多级低通滤波器可以包含至少一级的无漂移低通。其实际上可以是谐振频率比起始工作频率低的二阶谐振放大器。
7.根据权利要求1所述的谐振滤波直接定位式平衡仪，其特征在于，相位检测电路还可以是一种脉冲触发闪光停相电路。
8.根据权利要求1所述的谐振滤波直接定位式平衡仪，其特征在于，谐振滤波电路为双联电位器统调两级谐振电路的电阻，而相位检测电路为闪频停相检测电路，幅值检测电路则由一积分移相器和同步检波器组成。
全文摘要
本发明涉及一种机器或结构部件的静态或动态平衡的测试装置，特别是一种谐振滤波直接定位式平衡仪，其结构要点在于，包括传感器、谐振滤波电路、幅值检波电路和相位检测电路，传感器的信号输出端与谐振滤波电路电连接，而幅值检波电路和相位检测电路分别与谐振滤波电路的信号输出端电连接。本发明的优点在于采用了多级的谐振滤波电路来提高检测平衡的精度，并且利用了波的幅值和相位为两各自独立的实数的原理，采用了幅值检测电路和相位检测电路来实现平衡检测，这样可以达到很高的分离比，从而实现了平衡检测的无误差、分离补偿效果好，分离比高的效果。
文档编号G01M1/08GK1566915SQ0313194
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月17日 优先权日2003年6月17日
发明者王经一 申请人:王经一
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
